油菜籽靜態(tài)變溫干燥試驗(yàn)

陳凱樂，謝方平,2*，劉大為，李旭，王修善，盧偉

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

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油菜籽靜態(tài)變溫干燥試驗(yàn)

陳凱樂1，謝方平1,2*，劉大為1，李旭1，王修善1，盧偉1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

我國(guó)油菜籽產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的30%，油菜籽的干燥有利于其油脂保存，且不易氧化酸敗。為提高干燥效率(干燥時(shí)間)，在保證油菜籽干燥品質(zhì)(油菜籽的發(fā)芽率)的情況下，采用靜態(tài)變溫干燥方式對(duì)油菜籽進(jìn)行干燥。試驗(yàn)結(jié)果表明：油菜籽的含水率17.8%為油菜籽變溫干燥的變溫拐點(diǎn)；油菜籽變溫干燥的前期溫度選取105℃較適宜；油菜籽變溫干燥的后期溫度選取65℃較適宜；當(dāng)變溫干燥容器的容量為整個(gè)容量的100%時(shí)，其干燥效率較高，干燥效率可達(dá)0.108 kg·h-1。

油菜籽；靜態(tài)干燥；變溫干燥；發(fā)芽率；效率

油菜是我國(guó)主要的油料作物，種植面積占全國(guó)油料種植面積的30%以上，油菜籽收獲時(shí)正值梅雨時(shí)節(jié)，新鮮油菜籽在高溫高濕的環(huán)境中易滋生霉菌，導(dǎo)致高水分油菜籽霉變，所以生活中應(yīng)盡可能在短期內(nèi)干燥至安全儲(chǔ)藏水分[1,2]。傳統(tǒng)的干燥方式是采用恒定的干燥溫度干燥油菜籽，以達(dá)到安全儲(chǔ)存含水率。變溫干燥是一種新型干燥方式，是根據(jù)物料處于不同干燥階段，采取不同溫度實(shí)現(xiàn)物料干燥，達(dá)到同時(shí)提升干燥效率和改善干燥品質(zhì)的目的，在農(nóng)產(chǎn)品加工過程中得到較多研究和應(yīng)用[3～8]。楊俊紅等以蔬菜種子為對(duì)象進(jìn)行了恒溫與變溫干燥對(duì)比試驗(yàn)[5]；朱德泉等對(duì)小麥薄層熱風(fēng)變溫干燥與恒溫干燥進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)[6],周先漢等對(duì)南瓜粉干燥進(jìn)行了恒溫與變溫干燥研究[7]；段鹍等對(duì)煙絲進(jìn)行了變溫干燥研究[8]，以上試驗(yàn)結(jié)果均表明變溫干燥比恒溫干燥的介質(zhì)平均溫度低，在整個(gè)干燥過程中物料承受的高溫期短，組織細(xì)胞的變化小，有利于保持物料品質(zhì)，節(jié)約能源，提高效率。

目前，變溫干燥應(yīng)用于油菜籽干燥的研究尚少，因此，探討靜態(tài)變溫干燥過程油菜籽的干燥速率、溫度、含水率、質(zhì)量等變化特征，可以為動(dòng)態(tài)變溫干燥技術(shù)的開發(fā)與深化應(yīng)用提供參考。因此，在恒溫干燥的基礎(chǔ)上，研究了油菜籽靜態(tài)變溫干燥過程中變溫拐點(diǎn)、前期溫度、后期溫度、干燥容量等與干燥效率和干燥品質(zhì)的關(guān)系，為油菜籽動(dòng)態(tài)變溫干燥研究提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用油菜籽品種名為湖南高油酸753，于2014年5月在湖南省沿溪鎮(zhèn)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜種植示范基地采取，采樣后除雜并混合均勻，測(cè)量其含水率為26.9%，把該含水率的油菜籽裝入自封袋中密封，做好標(biāo)記，儲(chǔ)存于4℃的冰柜中，每次試驗(yàn)前取用。

1.2 主要試驗(yàn)儀器

電子秤(北京賽多利斯儀器有限公司，精度0.01 g)；MA35水分測(cè)定儀(北京賽多利斯儀器有限公司，采用紅外暗熱管均勻加熱，量程35 g，傳感器精度1 mg)；電腦谷物水分計(jì)(三久股份有限公司，顯示解析度0.1%)。

2 試驗(yàn)方法

每次試驗(yàn)前2 h，取出冷藏的油菜籽，室溫放置，再次測(cè)定其含水率，含水率穩(wěn)定到試驗(yàn)要求的濕度后進(jìn)行試驗(yàn)[9～12]。試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為油菜籽水分達(dá)到安全儲(chǔ)藏水分標(biāo)準(zhǔn)8%的時(shí)間和發(fā)芽率，其中發(fā)芽率測(cè)定參照GB5520-1985《糧食、油料檢驗(yàn)種子發(fā)芽試驗(yàn)》[13,14]，記錄下第1天到第7天的發(fā)芽情況，試驗(yàn)測(cè)得油菜籽干燥前3天的發(fā)芽率逐步增長(zhǎng)，第3天至第7天發(fā)芽率基本不變，故此試驗(yàn)中選取3 d發(fā)芽率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

油菜籽靜態(tài)干燥過程中水分含量的測(cè)定采用質(zhì)量差法。試驗(yàn)前記錄每組油菜籽的質(zhì)量，試驗(yàn)過程中每隔0.5 min記錄油菜籽實(shí)時(shí)質(zhì)量，根據(jù)干燥后失去的重量計(jì)算出油菜籽失水百分率，干燥鋁盤稱重時(shí)選用去皮模式，故忽略其自身重量。公式為：

式中：M1為油菜籽樣品的干燥前質(zhì)量；M2為油菜籽樣品的干燥后質(zhì)量。T為0.5 min。

3 結(jié)果與分析

3.1 油菜籽靜態(tài)降水速率試驗(yàn)及分析

選取剛采收回的油菜籽30 g，其初始含水率為26.9%，溫度分別為55、65、75、85、95℃進(jìn)行試驗(yàn)，每隔0.5 min記錄油菜籽實(shí)時(shí)重量，直至干燥至恒重時(shí)結(jié)束試驗(yàn)[15]。為探索油菜籽靜態(tài)干燥中不同溫度的干燥過程，以干燥時(shí)間為橫坐標(biāo)，降水速率為縱坐標(biāo)繪制油菜籽降水速率曲線，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同溫度下油菜籽靜態(tài)干燥降水速率變化曲線Fig.1 Rapeseed static dry precipitation rate curves under different temperature

由圖1不同溫度下油菜籽降水速率變化曲線可見：溫度越高，油菜籽的降水速率越快。在干燥初期，油菜籽的降水幅度較大，降水速率一開始有一個(gè)較快增長(zhǎng)階段，干燥到15.5 min以后，干燥速率開始明顯降低，隨著干燥過程的持續(xù)，干燥速率逐漸趨于平穩(wěn)直至為0，干燥完成。由于油菜籽的薄層干燥的特點(diǎn)及其很大比表面積(1000 kg的油菜籽具有3000 m2的表面積)的特點(diǎn)[10]，在整個(gè)干燥過程中并沒有觀察到明顯的恒速階段。

油菜籽的體內(nèi)水包含了自由水和結(jié)合水，最開始自由水受熱變成水蒸氣揮發(fā)速度較快，當(dāng)油菜籽含水率達(dá)到臨界值時(shí)，油菜籽內(nèi)部的結(jié)合水不易從體內(nèi)轉(zhuǎn)移出來，導(dǎo)致降水速率變得相對(duì)緩慢，而油菜籽干燥主要發(fā)生在降速干燥階段[12]。由圖1可知，當(dāng)油菜籽變溫干燥時(shí)，由試驗(yàn)測(cè)得油菜籽的降水速率由增長(zhǎng)到減緩的臨界值含水率為17.8%，該值可以作為變溫干燥的拐點(diǎn)。

3.2 油菜籽靜態(tài)干燥前期溫度試驗(yàn)及分析

根據(jù)參考文獻(xiàn)，油菜籽可經(jīng)受高溫干燥[11]，但油菜籽在干燥過程中受熱時(shí)間不能太長(zhǎng)，不能進(jìn)行緩蘇處理，當(dāng)油菜籽的含水率大于18%時(shí)[8]，油菜籽的最高干燥溫度建議選擇為90～110℃，干燥后油菜籽的含油量并不會(huì)降低。選取剛采收回的油菜籽30 g，其初始含水率為26.9%，溫度分別為75、85、95、105、115、125和135℃進(jìn)行試驗(yàn)，每隔0.5 min記錄油菜籽實(shí)時(shí)質(zhì)量，直到油菜籽的含水率降到17.8%停止試驗(yàn)。每組干燥試驗(yàn)完成后，進(jìn)行油菜籽的發(fā)芽率試驗(yàn)，選取第3 d的發(fā)芽情況，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示[9]。

圖2 不同溫度下油菜籽的干燥時(shí)間和干燥后三天的發(fā)芽率Fig.2 Rapeseed under different temperature of the drying time and three-day germination rate

由圖2油菜籽干燥時(shí)間變化曲線可見：隨著干燥溫度的不斷增加，油菜籽的干燥時(shí)間逐步下降；油菜籽干燥由26.9%至17.8%的含水率的過程中，當(dāng)溫度在75～105℃時(shí)，發(fā)芽率基本穩(wěn)定在82%左右，當(dāng)溫度超過105℃時(shí)，油菜籽的發(fā)芽率急劇下降。綜合考慮，可選取油菜籽靜態(tài)變溫干燥第一階段溫度為105℃。

3.3 油菜籽干燥后期溫度試驗(yàn)及分析

選取前期干燥后含水率為17.8%的油菜籽30 g，溫度分別為45、55、65、75、85、95和105℃進(jìn)行試驗(yàn)，每隔0.5 min記錄油菜籽實(shí)時(shí)質(zhì)量。每組干燥試驗(yàn)完成后，進(jìn)行油菜籽的發(fā)芽率試驗(yàn)，選取第3天的發(fā)芽情況，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示[9]。

圖3 不同溫度下油菜籽的干燥時(shí)間和干燥后三天的發(fā)芽率Fig.3 Rapeseed under different temperature of the drying time and three-day germination rate

由圖3油菜籽干燥時(shí)間變化曲線可見：當(dāng)干燥溫度低于85℃時(shí)，隨著溫度的增加，油菜籽體內(nèi)結(jié)合水干燥速度較快，干燥時(shí)間不斷減少；當(dāng)溫度高于85℃時(shí)，隨著溫度的增加，油菜籽結(jié)合水干燥速度變化較慢，干燥時(shí)間變化趨于平穩(wěn)。然而，當(dāng)干燥溫度高于65℃時(shí)，干燥后油菜籽的發(fā)芽率急劇降低，低于50%。綜合考慮，可選取油菜籽靜態(tài)變溫干燥第二階段溫度為65℃。

3.4 油菜籽干燥容量與效率試驗(yàn)及分析

選取總?cè)萘繛?0 g的圓柱形鋁制器皿，選取油菜籽初始含水率為26.9%，選取溫度105℃，每隔0.5 min記錄油菜籽實(shí)時(shí)質(zhì)量，直到油菜籽的含水率降到17.8%；此時(shí)選取溫度65℃繼續(xù)干燥直到油菜籽的含水率降到8%，記錄油菜籽(含水率26.9%)干燥到安全儲(chǔ)存含水率為8%時(shí)的總時(shí)間，得到的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 油菜籽干燥容量與干燥時(shí)間關(guān)系Table 1 Rapeseed drying capacity and drying time

由表1可見，當(dāng)干燥容器內(nèi)油菜籽量逐步增加，油菜籽的干燥時(shí)間也不斷變長(zhǎng)，雖然平均干燥速率不斷降低，但是其干燥效率卻隨之增加，在干燥容器內(nèi)油菜籽的容量為100%時(shí)，油菜籽的干燥效率最高為0.108 kg·h-1。油菜籽屬于典型的薄層干燥[10]，干燥重量越大，堆積層數(shù)越多，熱阻越大，熱的滲透性相對(duì)減弱，油菜籽體內(nèi)水分蒸發(fā)減慢而導(dǎo)致干燥速度降低，干燥時(shí)間延長(zhǎng)；然而隨著油菜籽干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，干燥重量也隨之增大，可算得其效率逐步增加。分析得出：油菜籽干燥時(shí)可選取容器容量100%的油菜籽進(jìn)行干燥，可提高干燥效率。

4 討論與結(jié)論

通過干燥速率試驗(yàn)表明：當(dāng)干燥溫度一定時(shí)，油菜籽的降水速率具有先增加后降低的趨勢(shì)，并無明顯恒速干燥階段，當(dāng)油菜籽的含水率降低到17.8%后，油菜籽的干燥速率急劇下降，得到含水率在17.8%時(shí)為油菜籽高溫干燥轉(zhuǎn)至低溫干燥的變溫拐點(diǎn)。當(dāng)干燥溫度不同時(shí)，油菜籽前期干燥溫度超過105℃后，油菜籽的發(fā)芽率下降較快，故油菜籽變溫干燥的前期溫度選取105℃較適宜；當(dāng)干燥溫度不同時(shí)，油菜籽后期干燥溫度超過65℃后，油菜籽的發(fā)芽率急劇降低，故油菜籽變溫干燥的后期溫度選取65℃較適宜。當(dāng)變溫干燥容器的容量為整個(gè)容量的100%時(shí)，其干燥效率較高，平均干燥速率可達(dá)0.108 kg·h-1。

通過油菜籽靜態(tài)變溫干燥試驗(yàn)，得到了靜態(tài)變溫干燥的前期、后期最佳干燥溫度以及變溫拐點(diǎn)，效率較靜態(tài)恒溫干燥有所提高，但靜態(tài)干燥的整體效率仍然較低，在進(jìn)行靜態(tài)干燥的同時(shí)建議攪拌油菜籽使其循環(huán)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步提高干燥效率。

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(編輯：馬榮博)

The Experiment on Rapeseed Static Variable Temperature Drying

Chen Kaile1,Xie Fangping1,2*,Liu Dawei1,Li Xu1,Wang Xiushan1,Lu Wei1

(1.CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,ChangshaHunan410128,China;2.HunanProvincialEngineeringTechnologyResearchformodernAgriculturalEquipment,ChangshaHunan410128,China)

The production of rapeseed in China accounts for 30% of the world production.Rapeseed drying is in favor of preservation of oil and can prevent rapeseed from being oxidative rancidity.In this paper,static variable temperature drying technology was adopted to improve drying efficiency and ensure drying quality based on the study of the static constant temperature drying technology.This technology can provide basic reference for the exploitation and deeping application of dynamic variable temperature drying methods.Experimental results showed that the moisture content of 17.8% wasthe inflection point of variable temperature drying for rapeseed.The suitable drying temperature was 105 ℃ in the early period of static variable temperature while 65 ℃ was better in the late stage.When variable temperature drying container had a capacity of the whole capacity ,the drying efficiency was higher,drying efficiency could reach 0.108 kg·h-1.

Rapeseed; Static drying; Variable temperature drying; Germination rate; Efficiency

2014-12-18

2015-01-30

陳凱樂(1990-)，女(漢)，四川自貢人，在讀碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化。

*通訊作者：謝方平，教授，博士生導(dǎo)師。Tel:0731-84617980;E-mail:hunajxie2002@163 com

湖南省政府重大專項(xiàng)(湘府閱[2014]35號(hào))

S565.4

A

1671-8151(2015)03-0281-04